在作物病害频发、绿色防控需求日益迫切的背景下，一项刊发于国际顶级期刊《Cell》的研究《跨科共同转移感受型与辅助型NLR拓展了植物免疫受体在被子植物中的功能适用性》（Interfamily co-transfer of sensor and helper NLRs extends immune receptor functionality between angiosperms），为农作物育种开辟了全新路径。该成果由中国农业大学植物保护学院郭海龙教授团队完成，首次系统验证了“感受型+辅助型”NLR免疫受体协同策略可在远缘作物中重构免疫通路，突破了免疫受体跨科转移受限的长期技术瓶颈，为未来在多种作物中开展精准、高效抗病育种提供了全新的解决思路。

免疫盲区：水稻缺乏免疫识别机制

水稻是我国最重要的口粮作物之一，但其在自然界中长期面临着多种细菌、真菌病害的威胁。其中由稻生黄单胞菌条斑致病变种（Xanthomonas oryzae pv. oryzicola，简称 Xoc）引发的细菌性条斑病，每年都在南方稻区造成严重减产，甚至绝收。然而，至今尚未在水稻种质资源中发现对该病害具有主效抗性的基因。换句话说，水稻本身“不认识”这种致病细菌，自然也就谈不上“发动抵抗”。

水稻细菌性条斑病大田发病照片

相比之下，一些植物如辣椒等茄科作物天然具备识别这类病原菌的免疫机制，其关键在于一类被称为NLR（Nucleotide-binding domain, Leucine-rich repeat-containing Receptors）的胞内免疫受体。它们通过识别病原菌分泌的效应蛋白，激活被称为ETI（效应子触发免疫，Effector-Triggered Immunity）免疫反应，是作物抵御病害的重要“前哨系统”。换言之，这类受体如同潜伏在细胞中的“哨兵”，一旦识别到病原信号，便迅速拉响警报，激活防御机制，阻止病菌蔓延。

这一特性也引发了科学界的设想：如果将这些“哨兵”转移到其他作物中，是否也能赋予它们抗病能力？早期研究表明，将辣椒的NLR免疫受体转移到与其亲缘关系较近的番茄中，可以成功激发抗病反应。然而，当科学家尝试将其跨科转移至如拟南芥、木薯等远缘植物时，却无法激活有效的免疫反应。

这种跨物种转移后功能失效的现象，被称为NLR免疫受体的“受限的分类学功能”（Restricted Taxonomic Functionality, RTF），是植物抗病育种中长期难以突破的技术瓶颈。而造成跨科转移失败的根本原因，多年来一直未被科学界准确解释。

通路重构：破解植物免疫语言壁垒

近年来，随着植物免疫研究的不断深入，科学家逐步认识到：许多植物通过“感受型+辅助型”NLR免疫受体的协同作用来完成免疫识别与信号传导——其中，感受型NLR负责识别病原菌，辅助型NLR则进一步放大并传递信号，从而激活防御机制。据此，郭海龙课题组提出了一个具有突破性的猜想：跨科转移之所以失败，并非“哨兵”无法识别敌人，而在于它发出的“警报”在远缘作物中无法被解码。

他形象地指出，在植物免疫系统中，感受型NLR相当于负责识别病原菌的“哨兵”，而辅助型NLR则扮演“同声传译”的角色。如果缺少这位“翻译”，即便“哨兵”已经发出警报，植物的防御系统也无法理解指令，导致免疫信号在中途“卡壳”，最终无法启动有效的抗病反应。

为了验证这一猜想，研究团队设计并实施了一项跨科协同转移策略：将辣椒中识别细菌效应蛋白的感受型NLR（Bs2）与烟草中发挥辅助作用的NRC类受体共同导入水稻。研究表明，转基因水稻在接种Xoc后可以诱导NRC在体内寡聚化，同时可以诱导防御相关基因表达，表明二者在水稻中的协同表达成功重构了免疫通路，使其在接种Xoc后表现出显著抗性。

与对照相比，转基因水稻在室内和大田人工接种Xoc后表现出ETI抗性

值得一提的是，该策略不仅显著增强了抗病性，同时也保持了水稻在株高、分蘖、产量等农艺性状上的稳定。相比传统的感受型NLR叠加的方式，这一策略更可控。它不仅规避了因免疫系统自激活导致的生长受损风险，也有望为多基因协同育种探索更安全的路径。

除了水稻，郭海龙团队还联合英国赛恩斯伯里实验室(The Sainsbury Laboratory)，在拟南芥、大豆等多种远缘作物中开展验证性实验。结果显示，“感受型+辅助型”免疫受体配套转移策略在多个物种中均表现出良好的适用性和稳定性，为那些自身缺乏主效抗病基因的物种提供了可复制、可推广的抗病育种新路径。

跨科共转移感受型与辅助型NLRs拓展了茄科胞内免疫受体在水稻、拟南芥和大豆中的功能

形成范式：赋能远缘作物抗病育种

这项研究突破了长期限制NLR应用的“受限的分类学功能”（RTF）瓶颈，构建了一套具有可迁移性的免疫工程路径，获得了审稿人的高度评价：“这是一项在NLR跨科转移方面的重要技术进展”“为基于NLR的抗病性改良提供了全新路径”“是一项意义广泛的概念验证性研究，对农业和免疫系统人工设计具有重要影响”。

这一突破的背后，凝结着郭海龙对植物免疫系统长期系统的积累。早在2016年博士后期间，他便进入英国塞恩斯伯里实验室这一国际顶尖研究平台，与Jonathan Jones教授共事期间深度参与了植物免疫受体的相关课题研究。在一次研究所内部交流中，郭海龙了解到该研究所的Sophien Kamoun实验室正在研究茄科作物一些NLR免疫受体依赖“辅助型受体”协同发挥功能的机制。这一研究当时停留在“细胞坏死”表型层面，尚未进入作物抗病应用的验证阶段。但郭海龙对该实验室发表的相关研究成果长期保持关注，并敏锐地意识到：如果能够在远缘物种中重构这种上下游协同机制，或许可以突破长期困扰NLR跨科转移应用的亲缘壁垒。

2021年，郭海龙回国后正式入职中国农业大学植物保护学院。在深入了解国内作物病害防控现状的过程中，他与吉林农业大学孙文献教授交流时了解到：在水稻现有种质资源中，尚未发现能够有效识别Xoc并激活免疫反应的主效NLR类抗病基因。这一次交流促使他思考：是否可以借助辣椒等茄科类植物中已知能够识别病原的免疫受体，为水稻构建新的抗病能力。

不过，这一设想在研究初期仍面临不小的理论风险。水稻与辣椒的系统发育分化距今已有约两亿年，亲缘关系极远。彼时尚不清楚，是否仅靠“辣椒的感受型+烟草的辅助型”两类茄科免疫受体的协同转移，就足以在水稻中成功重构ETI信号通路，还是仍需额外的茄科特异蛋白参与协同。

郭海龙带领他在中国农业大学招收的第一个研究生杜晓斐，经过为期4年的大胆假设、严谨求证，最终验证：无需额外蛋白，仅聚合这两类NLR受体，即可在水稻中重建完整的ETI信号传导机制，并显著提升对细菌性条斑病的抗性。这一成果不仅印证了“感受型+辅助型”受体协同机制的可行性，也为未来作物抗病育种提供了一种更简洁、高效、可迁移的设计思路。

“机会永远是留给有准备的人。”他说，“科研上的灵光一闪，从来不是偶然，而是长期系统积累和持续关注的必然结果。”

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